摘要 為提高雨刮系統(tǒng)的安全性及智能性，以MC9S12DG128為主控制器、MM908E625為雨刮控制器，采用LIN總線的分布式控制方案，設計了一款智能雨刮控制系統(tǒng)。主控單元將液晶觸摸信號轉換為LIN指令以控制雨刮的啟停，并通過紅外傳感器檢測雨量的大小，自動控制雨刷器的擺動頻率，使用過程中無需駕駛員手動操作。實驗結果表明，該系統(tǒng)能有效地根據(jù)雨量對汽車雨刮進行智能控制，具有安全性好、可靠性高和成本低等優(yōu)點。

　　隨著汽車電子技術的不斷發(fā)展，汽車上的各種電子裝置也越來越多，電子控制裝置之間的通訊也越來越復雜，而汽車上傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，造成龐大的布線系統(tǒng)，增加了制造及維護成本。LIN總線全稱為區(qū)域互連網絡，用于實現(xiàn)汽車車身控制系統(tǒng)的分布式控制，其具有價格低廉、結構簡單、配置靈活等特點，為現(xiàn)代汽車網絡提供功能上的補充，使汽車結構的設計變得更加靈活。LIN總線主要被應用于車門、方向盤、座椅、雨刮器、車窗等控制單元，并將分布的智能傳感器和執(zhí)行器連接到車內主控制器。本文將LIN總線技術應用到汽車雨刷系統(tǒng)上，提出了安全性好、可靠性高的設計方法，該系統(tǒng)經實際調試，取得了良好的應用效果。

　　1 LIN協(xié)議介紹

　　LIN(Local Interconnect Network)總線是現(xiàn)代汽車總線網絡中一種低端的通用協(xié)議。其采用一主多從模式，數(shù)據(jù)的優(yōu)先級由主節(jié)點確定，且?guī)r間同步的多點廣播接收，從機節(jié)點無需石英或陶瓷諧振器即可實現(xiàn)同步。同時，可選報文幀長度為2、4或8 Byte;傳輸速率最高可達20 kbit·s-1;并基于通用UART接口的廉價硬件實現(xiàn)，單線傳送方式，總線通信距離最長可達40 m。

　　LIN總線的數(shù)據(jù)以報文幀的格式進行傳輸，報文幀由主任務的幀頭和從任務的響應組成。幀頭包括同步間隔場、同步場和受保護的標識符;響應分為數(shù)據(jù)場和校驗和場兩部分。LIN網絡由一個主節(jié)點，一個或多個從節(jié)點組成，通過主機節(jié)點(CAN-LIN網關)，可將LIN與上層網絡相連接。一個LIN網絡最多可連接16個節(jié)點，主機節(jié)點有且僅有一個，從機節(jié)點有1～15個。主機任務負責接收從機節(jié)點發(fā)出的總線喚醒命令，調度總線上幀的傳輸次序，并監(jiān)測數(shù)據(jù)、處理錯誤，同時可作為標準時鐘的參考。從機接收主機發(fā)送的幀頭包含的信息以進行判斷：發(fā)送應答、接收應答、或既不發(fā)送也不接收應答。

　　2 智能雨刷系統(tǒng)方案

　　在汽車安裝的眾多執(zhí)行器中，雨刷對于雨天行駛的汽車起著至關重要的作用。雨雪天氣，汽車駕駛員需謹慎應對路滑、視野小等問題，使得在雨天的操控過程中，精力受到較大干擾。為此開發(fā)一種智能雨刷控制系統(tǒng)，有效提高汽車的安全性能。

　　智能雨刷系統(tǒng)主要包括一個主控單元和一個子單元，主控單元包含微控制器模塊和液晶控制屏，子單元由控制器、雨量檢測模塊、電機驅動模塊和電機檢測模塊組成。當雨刮處于自動擋時，可根據(jù)紅外傳感器檢測雨量大小，自動控制雨刷器的擺動頻率。子單元通過LIN總線與主控單元連接，形成車載LIN網絡，駕駛員可通過液晶控制屏對雨刷進行控制并查看雨刷工作狀態(tài)。該智能雨刷系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　在擋風玻璃上水量較大時，雨刮電機的間歇時間短，水量較小時，間歇時間相應較長。當工作過程中雨量傳感器發(fā)生故障時，系統(tǒng)將以預設的固定間歇時間來控制雨刷電機的運轉;若電機發(fā)生堵轉，電樞電流超過閾值電流，并持續(xù)一段時間，則雨刷會進行復位動作。若嘗試3次仍無法通過，則退回復位位置停止動作，并通過LIN總線發(fā)送故障報文，由液晶屏進行顯示及報警。

　　3 硬件設計

　　3.1 控制器模塊

　　主控單元微控制器采用Freescale公司的高性能、低功耗汽車電子芯片MC9S12DG128，該芯片屬于HCS12系列增強型16位單片機，片內擁有128 kB的Flash ROM，8 kB的RAM和2 kB的EEPROM，2個異步串行通信口SCI，2個同步串行通信口SPI，8通道輸入捕捉/輸出比較定時器，1個8通道脈寬調制模塊，兩個MSCAN控制器。液晶模塊是整個系統(tǒng)運行的一個重要輸入，設計采用的液晶型號為Z2104，內置VGA控制板，該屏幕為電阻屏，與控制器通過串口進行通信，其工作電壓為12 V。主控制器可通過串口讀取液晶屏觸摸信號，將液晶屏幕的觸摸信號轉換成LIN總線指令，通過UART/SCI模塊發(fā)送到LIN總線，對子單元進行控制，同時也可將雨刷的狀態(tài)反饋到液晶屏幕上。

　　3.2 電源模塊設計

　　電源模塊為雨刷控制系統(tǒng)提供電源。汽車使用蓄電池提供的12 V電源系統(tǒng)，而本系統(tǒng)中電源電壓均為5 V，故需要對汽車上的電源系統(tǒng)進行電平轉換。設計選用LM2576-5芯片作為系統(tǒng)的電源轉換穩(wěn)壓芯片，該芯片具有可靠的工作性能、較高的工作效率、優(yōu)異的線性和負載調整能力，且可大幅減少散熱片的體積，為控制電路穩(wěn)定可靠工作提供保證。

　　3.3 雨量檢測電路設計

　　智能雨刷系統(tǒng)中，控制器通過雨量檢測裝置檢測降雨量的大小，自動控制雨刷器的擺動頻率，使用過程中無需駕駛員人為操作，大幅提高行車的安全性。不同的檔位對應不同的刮水頻率和不同的LIN協(xié)議信號報文頭，間歇暫停時間和刮水頻率由雨量傳感器的數(shù)據(jù)決定。設計采用紅外雨量檢測裝置，紅外發(fā)射器將光束以一定的角度投射到汽車擋風玻璃，經由擋風玻璃反射回到紅外接收器。當有雨滴落到擋風玻璃上時，部分光束會因折射、散射等現(xiàn)象而分散到外部，導致接收器收到的紅外線總量少于其發(fā)出總量。由此得出擋風玻璃上的雨量變化情況，再發(fā)出刮水請求至主控制器，以此控制雨刮器完成不同速度的刮水動作，同時與主控單元進行總線通信，隨時發(fā)送子系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

　　3.4 霍爾位置傳感器

　　智能雨刷系統(tǒng)采用霍爾傳感器對雨刷電機的轉動情況實時進行監(jiān)控，包括對電機位置和轉速的檢測，當檢測到雨刷電機的位置后，單片機判斷當前位置是否正確，若不正確，控制電機轉動到正確位置。同時檢測雨刷電機的轉速，單片機接收后與給定的速度值作比較，經過內部處理得出下一步運行步驟，控制電機運行在最精確的速度值。文中選用英飛凌公司的TLE4941，芯片內部集成有差分霍爾傳感器與信號調理器電路，TLE4941的電路原理如圖2所示。C5為消噪電容，通過電阻R可將輸出電流轉換成電壓信號，輸出端連接至MM908E625的霍爾效應傳感器輸入引腳。